緊張部材
【課題】アンカー構造などに用いる緊張部材において、緊張部材に生じる歪を検知する光ファイバを備える場合に、光ファイバが損傷しにくい緊張部材の構成を提供する。
【解決手段】緊張力が付与された状態で支圧面上に定着されることで荷重を支圧面に付与するための緊張部材である。この緊張部材1は、中空体（コルゲート管11）と、中空体の内部に収納されて歪センサとして用いられる光ファイバ（光ファイバ心線30）と、中空体と光ファイバとの間に充填されて中空体内での光ファイバの位置を保持する充填剤40と、中空体の外周を取り囲むように配置され、緊張力を負担する複数の緊張素線12とを備える。
【解決手段】緊張力が付与された状態で支圧面上に定着されることで荷重を支圧面に付与するための緊張部材である。この緊張部材1は、中空体（コルゲート管11）と、中空体の内部に収納されて歪センサとして用いられる光ファイバ（光ファイバ心線30）と、中空体と光ファイバとの間に充填されて中空体内での光ファイバの位置を保持する充填剤40と、中空体の外周を取り囲むように配置され、緊張力を負担する複数の緊張素線12とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地盤やコンクリート構造物などの支圧面に緊張状態で定着されることで支圧面に荷重を作用させるための緊張部材に関するものである。特に、緊張部材に生じる歪を精度よく検知できる緊張部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
法面などに設置されたグランドアンカーの荷重を管理する手段として、光ファイバを用いた方法がある。例えば、特許文献１は、アンカー構造の緊張部材に歪センサとなる光ファイバを巻回し、この光ファイバにＯＴＤＲ（Optical time domain reflectmeter）装置を接続する構成を開示している。アンカー構造の施工地盤で地すべりやその予兆、或いは地下水の変移など、地中状況の変化が起こった場合、緊張部材に生じる歪を光ファイバで検知し、その歪をＯＴＤＲにて検知結果として出力する。これにより、地中状況の変化に伴うアンカーの荷重変動を監視することができる。
【０００３】
【特許文献１】特開平9-21661号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記の技術では、光ファイバをそのまま、又は細いステンレス管に収納するなどして緊張部材に巻回している。一方、アンカー構造の施工現場は、緊張部材の周囲にコンクリート、金属部材、砂利・岩石などが多数存在しており、光ファイバを損傷しないように緊張部材を取り扱うには、細心の注意が必要である。また、その光ファイバの健全性は、アンカー構造の施工が完了した後に検知試験を行ってみないとわからない。
【０００５】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、その目的の一つは、アンカー構造などに用いる緊張部材において、緊張部材に生じる歪を検知する光ファイバを備える場合に、光ファイバが損傷しにくい緊張部材の構成を提供することにある。
【０００６】
また、本発明の別の目的は、本発明の緊張部材を用いた緊張部材の定着構造の歪検知システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の緊張部材は、緊張力が付与された状態で支圧面上に定着されることで荷重を支圧面に付与するための緊張部材に係る。この緊張部材は、中空体と、中空体の内部に収納されて歪センサとして用いられる光ファイバと、中空体と光ファイバとの間に充填されて中空体内での光ファイバの位置を保持する充填剤と、中空体の外周を取り囲むように配置され、前記緊張力を負担する複数の緊張素線とを備えることを特徴とする。
【０００８】
この構成によれば、緊張素線群で覆われるように配された中空体に歪センサとなる光ファイバを収納することで、緊張部材の使用時に光ファイバが損傷することを防止することができる。また、中空体と光ファイバとの間を充填剤で埋めることで、緊張部材に生じる歪を、順次、緊張素線、中空体、充填剤を介することで確実に伝達させることができる。
【０００９】
本発明緊張部材の一形態として、複数の緊張素線が中空体の外周に撚り合わされてなることが挙げられる。
【００１０】
複数の緊張素線が中空体の外周に撚り合わせることで、緊張部材を曲げやすくできる。また、この構成によれば、各緊張素線が中空体に対して斜めに沿った状態となるため、中空体の単位長さ当たりの素線との接触面積が大きくなり、定着個所で中空体が圧壊されにくい。
【００１１】
本発明緊張部材の一形態として、中空体をコルゲート管又は螺旋体とすることが挙げられる。
【００１２】
この構成によれば、中空体をコルゲート管又は螺旋体とすることで、可撓性に優れる緊張部材を構築できる。
【００１３】
本発明緊張部材の一形態として、中空体の外周に防食被覆を備えることが挙げられる。
【００１４】
この構成によれば、中空体自体に高い防食特性を持たせることができる。特に、中空体の内側は充填剤が充填されているため、中空体の外周に防食被覆を設ければ、中空体の内外共に防食構造とすることができる。
【００１５】
本発明緊張部材の一形態として、緊張素線群の外表面を一括して覆う防食被覆を備えることが挙げられる。
【００１６】
この構成によれば、緊張素線が一括して防食被覆で覆われているため、高い防食性を有する緊張部材を構成できる。また、防食被覆の形成も容易である。
【００１７】
本発明緊張部材の一形態として、個々の緊張素線の外周に防食被覆を備えることが挙げられる。
【００１８】
この構成によれば、個々の緊張素線が防食被覆を備えているため、各素線の全周が防食被覆で覆われ、高い防食性を有する緊張部材を構成できる。
【００１９】
本発明緊張部材の一形態として、充填剤がエポキシ樹脂であることが挙げられる。
【００２０】
エポキシ樹脂は、硬化前は流動性に富み、硬化後は十分な硬度を備える樹脂であるため、光ファイバを中空体内に保持し、かつ緊張部材に作用する歪を確実に光ファイバに伝達することに好適である。
【００２１】
一方、本発明の歪検知システムは、緊張力が付与された緊張部材と、この緊張部材の端部を支圧面に定着して荷重を支圧面に作用させるための定着具と、緊張部材に生じる歪を検知する歪センサと、歪センサの検知結果を出力する歪検知装置とを備える緊張部材の定着構造の歪検知システムである。この緊張部材は、中空体と、中空体の内部に収納されて歪センサとして用いられる光ファイバと、中空体と光ファイバとの間に充填されて中空体内での光ファイバの位置を保持する充填剤と、中空体の外周を取り囲むように配置され、前記緊張力を負担する複数の緊張素線とを備える。そして、歪検知装置は、光ファイバに接続されるＯＴＤＲ装置であることを特徴とする。
【００２２】
この構成によれば、緊張部材として、上述した本発明の緊張部材を用いることで、光ファイバの損傷を抑制し、かつ緊張部材に作用する歪を確実に光ファイバ伝達させることができる。そして、この光ファイバに伝達された歪をＯＴＤＲにより出力することで、光ファイバ沿いの歪分布を容易に監視することができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の緊張部材によれば、歪センサとなる光ファイバが損傷されにくい構造とできる。
【００２４】
また、本発明の緊張部材の定着構造の歪検知システムによれば、本発明の緊張部材を用いることで、光ファイバを歪センサとすることができ、緊張部材に沿った歪の分布を容易に監視することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
本発明の緊張部材は、緊張素線、中空体、光ファイバ、充填剤を構成要素として備える。以下、各構成要素をより詳しく説明し、さらに緊張部材を用いた定着構造と歪監視システムについても説明する。
【００２６】
＜緊張素線＞
緊張素線は、緊張部材に付与される緊張力を負担する。そのため、この緊張素線には、ＰＣ鋼撚り線を構成する素線が好適に利用される。緊張素線は、防食被覆のない裸素線であってもよいし、防食被覆を備えるものであってもよい。また、緊張素線の中空体への配置形態は、縦添えでも構わないが、螺旋状に巻回することが好ましい。緊張素線の具体的な組成、断面積、本数は、緊張部材に導入する緊張力に応じて適宜選択すればよい。
【００２７】
但し、緊張素線の本数については、中空体の外周をほぼ取り囲むことができる数とする。その際、中空体の外周を取り囲む緊張素線の配置は、緊張部材の横断面において、ほぼ均等に並ぶようにすることが好ましい。代表的には、緊張素線の本数は5本以上となる。
【００２８】
また、隣接する緊張素線間の隙間を合計で0.2mm以上とすることが好ましい。このような緊張素線間の隙間を確保することで、緊張部材を曲げたときに、中空体の外周に配置される各素線の間に素線の移動代を確保し、ストランドの可撓性を向上させることができる。特に、このような隙間を設けることで、緊張素線間に隙間がない場合に比べて、緊張部材の周囲にグラウトなどを充填する場合、このグラウトと緊張素線との付着力を高めることができる。隙間を介して緊張素線と中空体との間にもグラウトが充填されるため、グラウトと接触するストランドの表面積が増加するからである。
【００２９】
一方、緊張素線間隔が空きすぎる場合、中空体の外周を取り囲む素線の配置に偏りが生じ易い。素線が偏った状態では、中空体を外周から押圧する力に偏りが生じるため、定着具を構成するウェッジなどで緊張部材を把持したときに、緊張部材の中心に配置された中空体が潰れてしまう虞がある。その他、素線間隔が空きすぎると、特に、緊張部材を屈曲した場合など、素線の間から中空体が飛び出してしまうなどの不具合が生じる場合がある。そのため、素線の間から中空体が飛び出さないように、素線間隔の合計は、中空体の外径、特に緊張素線の外径より小さくすることが望ましい。
【００３０】
＜中空体＞
中空体は、光ファイバを収納し、その光ファイバを外力から保護する機能を有する。本発明の緊張部材は、支圧面に定着具で定着される。そのため、定着に伴って緊張素線が外周から圧縮された場合でも、中空体が圧壊されないような材質、厚みなどを選択すればよい。中空体の材質として鋼などの金属が好適であるが、強度上の支障がなければ樹脂製の中空体でも構わない。
【００３１】
この中空体の形状は、パイプ材や螺旋体が挙げられる。パイプ材の場合、ストレート管でもよいが、緊張部材の可撓性を考慮した場合、コルゲート管が好ましい。また、螺旋体の場合も優れた可撓性を有する。螺旋体を形成する線条体は、断面形状が円形などの線材でもよいし、断面形状が扁平な帯状材でもよい。線材を用いた螺旋体の代表例としてはばね材が挙げられ、帯状体を用いた中空体の代表例としてはスパイラル鋼帯が挙げられる。螺旋体の隣接するターン同士が密着していれば、機械的強度の高い螺旋体とできるため光ファイバの保護性に優れる。逆に、隣接するターン間に隙間があれば、充填剤を中空体内に充填した際、隙間から充填剤が外部に漏出し、緊張素線と中空体との隙間にも充填剤を充填することができる。特に、この中空体は、緊張素線と組み合わせた際に、緊張部材の曲げ直径が、緊張素線の包絡円径（中空体を取り囲む複数の素線の外接円）の12倍で曲げることができる可撓性を得られることが好ましい。このような曲げ特性を有する緊張部材であれば、実際の現場において非常に扱い易い。この中空体も防食被覆のない裸中空体であっても良いし、外周に防食被覆を備えたものであっても良い。防食被膜は、エポキシなどの樹脂被膜や、クロムめっきなどの耐食性金属被膜が挙げられる。
【００３２】
＜光ファイバ＞
光ファイバは、緊張部材に作用する歪を検知するセンサとして利用される。より具体的には、ＯＴＤＲ装置などの歪検知装置に接続されて利用される。このＯＴＤＲ装置に利用できれば、特に種類、構成、材質は問わない。
【００３３】
一般に、ＯＴＤＲ装置に接続して利用する光ファイバには、シングルモード光ファイバが利用される。もちろん、マルチモード光ファイバであっても、歪センサとして利用できるものであれば良い。
【００３４】
また、光ファイバの材質は、石英などのガラスファイバでもよいし、完全フッ素化ポリマー、ポリメタクリル酸メチル、ポリカーボネートなどのプラスチックファイバであっても良い。
【００３５】
さらに、この光ファイバは、光ファイバ心線、光ファイバコードのいずれの構成であっても利用できる。光ファイバ心線は、一般に光ファイバのクラッドの上に被覆層を有する構造である。クラッドと被覆層の間に緩衝層を介在させる場合もある。必要に応じて、複数心が並列状態で被覆された多心テープ心線でもよい。光ファイバの本数が複数あれば、万一、いずれかの光ファイバが損傷した場合の予備として利用できる。さらに、光ファイバコードは、光ファイバ心線の上にアラミドなどの高抗張力繊維を縦添えし、さらにその上にＰＶＣなどのシースを形成した構造である。光ファイバコードであれば、より一層損傷に対して強い構造とできる。
【００３６】
また、この光ファイバは、極力中空体と同軸上に保持することが好ましい。光ファイバをほぼ中空体に沿った配置形態とすることで、らせん状に巻回される光ファイバに比べて、より短い長さで歪の検知ができる。
【００３７】
＜充填剤＞
充填剤は、中空体への充填後に硬化し、硬化後には緊張部材に加わる歪が光ファイバに十分に伝えられる程度の硬度を有するものが好適である。より具体的には、樹脂材料、特にエポキシ樹脂（例えば２液混合型）が好適である。その他、現場で施工するグラウトを充填剤として利用することも考えられる。
【００３８】
この充填剤は、緊張部材をドラムに巻回して出荷する場合、この巻回前に硬化が完了していることが好ましい。ドラムへの巻回後に充填剤が硬化すると、緊張部材に巻き癖が付きやすくなるため、巻回前に充填剤を硬化させておくことで、巻き癖を緩和することができる。
【００３９】
＜緊張部材の製造方法＞
（緊張素線と中空体の複合）
上記の緊張部材は、緊張素線、中空体、光ファイバ、充填剤など構成部材の準備し、まず、素線と中空体の複合を行う。この複合の前後又は複合時に、必要に応じて、緊張素線と中空体の少なくとも一方への防食被覆の形成を伴う。防食被覆の形成は、公知の静電粉体塗装法などが好適に利用できる。具体的な複合の形態例としては、次のものが挙げられる。以下の形態例では、防食被覆のない緊張素線を裸素線、防食被覆のある緊張素線を被覆素線、防食被覆のない中空体を裸中空体、防食被覆のある中空体を被覆中空体という。
【００４０】
(１)裸素線を裸中空体上に撚り合わせ、防食被覆は形成しない。
この場合、緊張素線と中空体の双方が防食構造となっていないため、緊張部材の外側がグラウトなどで覆われる構造体に利用することが好ましい。
【００４１】
(２)被覆素線を裸中空体上に撚り合わせる。
この場合、各緊張素線が個々に防食構造となっており、素線の防食性に優れた構造とできる。
【００４２】
(３)裸素線を被覆中空体上に撚り合わせる。
この場合、中空体自体が、その内部は充填剤で、外部は防食被覆に保護され、防食性に優れた構成となる。
【００４３】
(４)被覆素線を被覆中空体上に撚り合わせる。
この場合、各緊張素線と中空体自体が個別に防食構造とされるため、緊張部材全体として、きわめて高い防食特性を有することができる。
【００４４】
(５)裸素線を裸中空体又は被覆中空体上に撚り合わせ、裸素線群の外周から一括して防食被覆を形成する。
この場合、緊張素線と中空体との間には防食被覆が形成されない可能性が高いが、緊張素線群の外表面には防食被覆が形成されるため、各素線の内側への環境水の浸入を阻止し、高い防食性を実現できる。
【００４５】
(６)裸素線を裸中空体で撚り合わせ、目板で裸素線を裸中空体から離間させて裸素線及び裸中空体に防食被覆を形成し、この防食被覆の樹脂が硬化する前に中空体からの離間していた素線を元の位置に復帰させる。
この場合、個々の素線が防食被覆で覆われると共に、中空体も防食被覆で覆われ、さらに素線の防食被覆と中空体の防食被覆が一体化した構造となる。そのため、各素線と中空体との間には隙間が形成されず、非常に高い防食性を実現できる。
【００４６】
（光ファイバの挿入）
緊張素線と中空体とを複合したら、この中空体の内部に光ファイバを挿入する。この挿入の具体例としては、引き込み、送り出し、気体による圧送などが考えられる。引き込みは、予め中空体の作製時などに、その内部にガイド材を挿入して中空体の両端部から露出させておき、このガイド材の一端に光ファイバを接続し、ガイド材の他端側を引っ張ることで、光ファイバを中空体内に挿入する。この方法は、中空体の形態に関らず容易で実用的な手法である。送り出しは、中空体の一端側から光ファイバを中空体の他端側に向けて繰り出しローラなどで送り出す。この方法は、中空体が比較的短尺の場合やストレートパイプの場合に有効であると思われる。気体による圧送は、中空体の一端にエア導入装置を接続し、このエアの流れを利用して光ファイバを中空体内に送り込む。この方法も、中空体が比較的短尺の場合やストレートパイプの場合に有効であると思われる。
【００４７】
いずれにおいても、光ファイバの中空体への挿入は、上述した防食被覆の形成後に行うことが好ましい。中空体に光ファイバを挿入してから防食被覆を形成すると、その防食被覆の形成時に中空体が加熱されことで、光ファイバ心線や光ファイバコードの被覆又は光ファイバがプラスチックファイバの場合は光ファイバ自体が熱的損傷を受ける虞があるからである。
【００４８】
（充填剤の充填）
光ファイバを中空体内に挿入したら、中空体と光ファイバの間に充填剤を充填する。この場合、光ファイバに張力を付与して、できるだけ中空体と同軸となるようにしてから充填することが好ましい。これにより、光ファイバを中空体の内面からほぼ等しい位置に保持することができ、光ファイバへの歪の伝達の不均一を抑制することができる。光ファイバの中空体への挿入方法として引き込みを利用する場合、この引き込みに伴って必然的に光ファイバに張力が付与されるため、そのまま引き続いて充填剤の充填を行いやすい。充填剤が中空体内に充填されたら、この充填剤を硬化させ、光ファイバを中空体内に保持させる。
【００４９】
（その他）
緊張部材をアンカーなどに用いる場合、光ファイバの一端側は地中内に埋設される。その場合、光ファイバの埋設側端部を中空体の端部から露出しないようにしたり、中空体の端部から光ファイバを露出させることが考えられる。いずれの場合も、適宜なキャップを緊張部材の端部に被せるなどして光ファイバの埋設側端部の保護を図ることが好ましい。
【００５０】
＜緊張部材の定着構造＞
緊張部材の定着構造は、通常、緊張部材の一端側が緊張側、他端側が固定側となる。具体的な定着構造は、緊張部材を利用する対象に応じて幾つかの構成が選択できる。例えば、アンカー構造では、緊張側が緊張部材の自由長部の端部となり、固定側が定着長部となる。また、橋桁に用いられる外ケーブルでは、一端が緊張側定着構造、他端側が固定側定着構造となる。
【００５１】
緊張部材を定着するには、緊張部材を把持する把持部材と、この把持部材を支圧する支圧部材が利用できる。把持部材として、複数の分割片を組み合わせることで円錐台状に形成されて緊張部材を把持するウェッジを用いる場合、このウェッジが嵌め込まれる円錐孔を有するアンカーディスクを支圧部材として利用する。把持部材として緊張部材の端部に圧着される圧着スリーブを用いる場合、緊張部材は貫通するが、圧着スリーブは挿通しない内径の透孔を有するアンカーディスクを支圧部材として用いる。圧着スリーブは、その外周に雄ねじが形成され、その雄ねじにナットを螺合してアンカーディスクに緊張部材を定着する。
【００５２】
＜歪検知システム＞
本発明緊張部材を用いて歪監視を行うには、定着構造を構成する緊張部材の光ファイバに歪検知装置を接続する。歪検知装置としては、ＯＴＤＲ装置が好適に利用できる。ＯＴＤＲ装置は、光ファイバの一端から光パルスを入射し、光ファイバの途中から戻ってくる後方散乱光のうち、ブリルアン散乱光の発生波長を測定するものである。緊張部材自身や、地中内など、緊張部材の周辺に変動が起こった場合、緊張部材内の光ファイバに応力が加わり、その応力に応じたブリルアン散乱光が発生する。そのため、ＯＴＤＲ装置により光ファイバ沿いのブリルアン散乱光の発生波長を監視すれば、緊張部材自身或いは緊張部材の周辺環境に変動があったことを検知できる。また、光パルスを入射してから後方散乱光が戻ってくるまでの時間を測定して、歪み発生点までの距離を計測することができる。
【００５３】
なお、光ファイバを歪検知装置の代わりにＤＴＳ（Distributed Temperature Sensor System）装置に接続すれば光ファイバ沿いの温度分布を監視することもできる。ＤＴＳは、光ファイバの端部から光パルスを入射し、光ファイバの途中から戻ってくるラマン散乱光の強度を測定するものである。ラマン散乱光の強度は、温度と相関関係があるため、これにより光ファイバ沿いの温度分布を測定することができる。また、光パルスを入射してからラマン散乱光が戻ってくるまでの時間を計測することで温度変化点の位置を特定することができる。
【００５４】
＜適用分野＞
本発明の緊張部材は、種々の分野に適用することが期待される。具体的には、橋梁における緊張部材、例えば、斜張橋の斜材、外ケーブル工法の橋桁（エクストラドーズド橋も含む）にプレストレスを与える外ケーブル又は内ケーブル工法の橋桁にプレストレスを与える内ケーブル、グランドアンカーなどの各種アンカー、ダムの堤体の補強用緊張材などが挙げられる。
【実施例１】
【００５５】
本例では、本発明の緊張部材を使用してＰＣ構造物を形成する例を図１〜３に基づいて説明する。
【００５６】
［緊張部材］
図１(A)は、本例の緊張部材を示す部分断面斜視図を、(B)は(A)のA−A断面図を示す。緊張部材1は、図１(B)に示すように、横断面においてコルゲート管（中空体）11を取り囲むように緊張素線12が配置された構造である。より具体的には、本例の緊張部材1は、コルゲート管11と、コルゲート管11の外周に撚り合された9本の素線12とを有する。もちろん、素線の数は、9本に限定されず、例えば、5、7本の素線をコルゲート管の外周に撚り合わせた緊張部材としても良い。素線本数が9本の場合、各素線間の合計間隔は、約2mmとする。
【００５７】
コルゲート管11は、Crメッキを施した無研磨溶接用鋼材（キャンエクセル：登録商標）で構成する。このような材料で構成したコルゲート管11は、可撓性に優れ、しかも、曲げたときに拉げて、緊張部材1の強度が低下することがない。また、コルゲート管11の波付き構造は、管11の外周側からの圧力に強く、緊張部材１をウェッジで把持した場合でも拉げ難い。
【００５８】
緊張素線12は、鋼種：SWRS82B（JIS G 3502）で構成する。もちろん、素線12の材料は、前記の鋼種に限定されるわけではなく、Si高含有材料（Si含有量が0.32質量％超）やなども好適に利用可能である。これらの素線は、強度に優れると共に、適度な可撓性を有する。
【００５９】
コルゲート管11と緊張素線12の特性を表１に示す。表１におけるコルゲート管の外径は、波付き形状の山部の外径であり、コルゲート管11の内径は、波付き形状の谷部の内径である。
【００６０】
【表１】
【００６１】
上述したコルゲート管11と素線12とを使用した本例の緊張部材1の製造は、以下のように行なう。
【００６２】
まず、コルゲート管11を中心にして、コルゲート管11に素線12を巻き付ける。具体的には、撚り線機に素線12とコルゲート管11をセットし、撚り合せる。
【００６３】
次に、撚り上がった緊張部材1に、この緊張部材1の破断荷重（材料から予想される破断荷重）の10〜40％の張力を掛けて、約400℃で約30秒間ブルーイング処理を行なう。ブルーイング処理を行なうことで、緊張部材1の靭性を向上させ、曲げ特性を向上させることができる。ブルーイングの好ましい条件は、300〜450℃、10〜90秒である。
【００６４】
次に、コルゲート管11内に光ファイバ心線30を挿入する。ここでは、予めコルゲート管11内に挿入しておいたガイド材（図示略）の両端をコルゲート管11の端部から露出させておき、そのガイド材の一端に光ファイバ心線30を接続し、ガイド材の他端を引っ張って光ファイバ心線30をコルゲート管11内に引き込む。引き込まれる光ファイバ心線30は単心のシングルモードプラスチックファイバである。
【００６５】
コルゲート管11の全長に光ファイバ心線30を挿入できたら、光ファイバ心線30に緊張力を付与した状態でコルゲート管11と光ファイバ心線30との間に充填剤40を充填する。このとき、光ファイバ心線30ができるだけコルゲート管11と同軸状になるようにする。充填剤40には、２液混合型のエポキシ樹脂を用いた。コルゲート管11の一端側からエポキシ樹脂を充填し、他端側からエポキシ樹脂の露出が確認できたら、この樹脂の充填をやめ、樹脂を硬化させる。緊張部材1をリールに巻き取って出荷を行う場合、エポキシ樹脂の硬化後にリールへの巻取りを行う。
【００６６】
以上のようにして作製した緊張部材の主要部の寸法及び機械的特性を表２に示す。表２における緊張部材の直径は、素線12の包絡円の直径である。
【００６７】
【表２】
【００６８】
［ＰＣ構造物の形成手順］
以上説明したような緊張部材1を使用してＰＣ構造物を形成する。図２は、ポストテンションでＰＣ構造物を形成する方法を示す工程説明図である。ＰＣ構造物を形成するためには、まず初めに、型枠20を設置し（同図の（A）を参照）、次いで、型枠20の緊張部材1を配置する部分にあらかじめアンカープレートP1,P2をはめ込んでおくと共に、型枠20内に埋設管BPを配置しておく（同図の（B）を参照）。図示していないが、アンカープレートP2には、埋設管BPの途中に連通するグラウト注入口が、アンカープレートP1には、埋設管BPの途中に連通するグラウト注入口が形成されている。
【００６９】
次に、型枠20内にコンクリートを打設して、コンクリートが硬化した後、型枠20をはずすと共に、埋設管BP内に緊張部材を挿入して、ジャッキで緊張する（図２（C）を参照）。この緊張に伴う緊張素線12の伸びよりも、光ファイバ心線30の許容限界伸びの方が十分大きいため、この緊張により光ファイバ心線30が破断することはない。緊張部材1の緊張の際は、まず、コンクリートブロックCBの一端側（紙面右側）で固定側定着具により緊張部材1を固定し、次いで、他端側(紙面左側)で緊張部材1を緊張し、緊張側定着具により緊張部材1を定着する。
【００７０】
より詳しくは、固定側定着具AD1と緊張側定着具AD2は、図３に示すように構成される。すなわち、緊張部材1は、緊張部材１を把持するウェッジW1、ウェッジW1が嵌め込まれる円錐孔を有するアンカーディスクD1、このディスクD1とコンクリートブロックCBの表面との間に介在されるアンカープレートP1を備える固定側定着具AD1と、同様のウェッジW2、アンカーディスクD2、アンカープレートP2を備える緊張側定着具AD2とで定着されている。
【００７１】
緊張部材1を緊張することで緊張部材1が伸び、伸びた緊張部材1が元に戻ろうとする力（緊張力）が生じる。そして、緊張部材1を定着することで、緊張部材1の緊張力が、コンクリートブロックCBの表面（支圧面）に荷重として伝達されて、ＰＣ構造物が形成される。
【００７２】
緊張部材1の緊張と定着が終了したら、グラウト注入口から埋設管BP内にグラウトを注入し、グラウト排出口からグラウトがもれ出ることを確認してグラウトの充填作業を終える。これにより、埋設管BP内をグラウトで満たす。
【００７３】
以上のように、埋設管BPに充填したグラウトが硬化したら、緊張側定着具から露出する光ファイバ心線30に図示しないＯＴＤＲ装置を接続する。ＰＣ構造物のコンクリートにおけるクラックの発生や、緊張部材自体の劣化・損傷が生じた場合、緊張部材1に歪が生じ、この歪はコルゲート管11、充填剤40を介して光ファイバ心線30に伝達される。その結果、光ファイバ心線の局部に歪の増加する個所が生じたりするため、その歪をＯＴＤＲ装置で監視すれば、ＰＣ構造物或いは緊張部材に生じた変化を検知することができる。
【００７４】
本例の構成によれば、光ファイバ心線30はコルゲート管11に収納され、ほぼ緊張部材1の中心部に位置するため、緊張部材1を製造してから保管・運搬・施工時に損傷を受ける可能性を可及的に低減できる。また、コルゲート管11と光ファイバ心線30との間に充填剤40を充填することで、緊張部材1に生じた歪を確実に光ファイバ心線30に伝達することができる。
【００７５】
＜変形例＞
実施例１では、緊張素線もコルゲート管も防食被覆のない構成としたが、これらの少なくとも一方にエポキシ樹脂などの防食被覆を形成しても良い。それにより、一層防食特性に優れた定着構造を実現できる。
【実施例２】
【００７６】
次に、本例では、図１の緊張部材の外周にさらにシースを設けた緊張部材を使用して形成したグランドアンカーを図４及び図５に基づいて説明する。なお、本例の緊張部材は、緊張素線群の外周にシースを有する点が、実施例１の緊張部材との主たる相違点であるため、同様の構成については実施例１と同一の符号を付して、その説明を省略する。
【００７７】
図４に示すように、この緊張部材2は、緊張素線12の外側にシース13を有する。このシース13には、ポリエチレンなどのプラスチック製の管が利用できる。もちろん、シース13は金属製であっても良い。また、シース13は、より可撓性に優れるコルゲート状としても良い。
【００７８】
この緊張部材のコルゲート管11内には、単心の光ファイバ心線30が直線状に収納されている（図５参照）。つまり、光ファイバ心線30は、コルゲート管11の一端側（自由長部側）から導入されて、他端側（定着長部側）で緊張部材の端部から露出されている。そして、この露出端部分は、適宜なキャップ50などで覆って保護している。キャップ50の内部にも充填剤を充填しておくことが好ましい。
【００７９】
このような緊張部材は、削孔Hを形成した地山Gにグラウンドアンカー（緊張部材2）として配置され、地山Gを覆うコンクリート（支圧面）Cに緊張力を付与することに利用される。
【００８０】
緊張部材2を図５の配置状態にするには、まず初めに、緊張部材2の一端側でシース13を所定の長さだけ剥がして、その部分で素線12がむき出しになるようにする。この素線12の露出される領域が定着長部となり、シース13の残存する領域が自由長部となる。自由長部と定着長部の境界におけるシース13の端部には、シース13と素線12との隙間を封止する止水部14を形成する。
【００８１】
次に、アンカーディスクD3とアンカープレートP3の緊張部材挿通孔に緊張部材2を挿通させた状態で、両者D3,P3を地山Gに仮固定し、削孔Hを封止する。このアンカーディスクD3とアンカープレートP3には、削孔H内に連通するグラウト注入口と同じく削孔H内に連通するグラウト排出口が設けられている。アンカーディスクD3とアンカープレートP3にグラウト注入口や排出口を設けずに、地山Gから削孔Hに通じる連通管を別途設けても良い。
【００８２】
緊張部材2とアンカーディスクD3、アンカープレートP3の配置が終了したら、グラウト注入口から削孔H内にグラウトを注入する。注入されたグラウトは、削孔H内を満たしてゆく。このグラウトの注入は、削孔H内に満たされたグラウトがグラウト排出口を通じて排出されることをもって終了する。
【００８３】
削孔Hへのグラウトの充填から所定時間経過後、グラウトが硬化する。そのとき、緊張部材2の定着長部のみが削孔H内に固着される。
【００８４】
次に、アンカーディスクD3から突出する緊張部材2をジャッキで緊張し、ウェッジW3でアンカーディスクD3に定着する。
【００８５】
緊張部材2の定着を終えたら、緊張部材の自由長側端部から露出する光ファイバ心線30にＯＴＤＲ装置60を接続する。その後は、実施例１と同様に歪の監視を行えばよい。
【００８６】
上述のように、本発明の緊張部材は、地山にプレストレスを付与するグランドアンカーとしても好適に利用可能である。
【００８７】
なお、本発明は、上述した実施例に限定されることなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更することができる。例えば、緊張素線が防食被覆を有する場合、その被覆の構成樹脂が硬化する前に、珪砂などの固体粒子を付着させて、緊張部材のグラウトなどとの付着力を高めるようにしても良い。
【産業上の利用可能性】
【００８８】
本発明の緊張部材は、コンクリート構造物や地盤などの支圧面に荷重を付与することに好適に利用可能である。また、本発明の歪検知システムは、緊張部材の定着構造における緊張部材自身又は緊張部材の周囲の変動に伴う歪を監視することに利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
【図１】(A)は、本発明の緊張部材の部分断面斜視図であり、(B)は、(A)のA−A断面図である。
【図２】実施例１に記載のプレストレスト工法の手順を示す工程説明図である。（A）は型枠の配置状態を、（B）はアンカープレートと埋設管の配置状態を、（C）は本発明緊張部材の配置状態を、（D）はグラウトの注入状態を、（E）は工法の終了状態を示す。
【図３】実施例１の緊張部材を定着する定着構造の部分断面図である。
【図４】実施例２に係る本発明の緊張部材の横断面図である。
【図５】外周にシースを有する本発明緊張部材を使用した実施例２に係るグランドアンカーの概略構成図である。
【符号の説明】
【００９０】
1,2 緊張部材 11 コルゲート管 12 緊張素線 30 光ファイバ心線
40 充填剤 50 キャップ 60 ＯＴＤＲ装置
13 シース 14 止水部 20 型枠
CB コンクリートブロック BP 埋設管
G 地山 C コンクリート H 削孔
AD1 固定側定着具 AD2 緊張側定着具
P1,P2,P3 アンカープレート D1,D2,D3 アンカーディスク
W1,W2,W3 ウェッジ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地盤やコンクリート構造物などの支圧面に緊張状態で定着されることで支圧面に荷重を作用させるための緊張部材に関するものである。特に、緊張部材に生じる歪を精度よく検知できる緊張部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
法面などに設置されたグランドアンカーの荷重を管理する手段として、光ファイバを用いた方法がある。例えば、特許文献１は、アンカー構造の緊張部材に歪センサとなる光ファイバを巻回し、この光ファイバにＯＴＤＲ（Optical time domain reflectmeter）装置を接続する構成を開示している。アンカー構造の施工地盤で地すべりやその予兆、或いは地下水の変移など、地中状況の変化が起こった場合、緊張部材に生じる歪を光ファイバで検知し、その歪をＯＴＤＲにて検知結果として出力する。これにより、地中状況の変化に伴うアンカーの荷重変動を監視することができる。
【０００３】
【特許文献１】特開平9-21661号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記の技術では、光ファイバをそのまま、又は細いステンレス管に収納するなどして緊張部材に巻回している。一方、アンカー構造の施工現場は、緊張部材の周囲にコンクリート、金属部材、砂利・岩石などが多数存在しており、光ファイバを損傷しないように緊張部材を取り扱うには、細心の注意が必要である。また、その光ファイバの健全性は、アンカー構造の施工が完了した後に検知試験を行ってみないとわからない。
【０００５】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、その目的の一つは、アンカー構造などに用いる緊張部材において、緊張部材に生じる歪を検知する光ファイバを備える場合に、光ファイバが損傷しにくい緊張部材の構成を提供することにある。
【０００６】
また、本発明の別の目的は、本発明の緊張部材を用いた緊張部材の定着構造の歪検知システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の緊張部材は、緊張力が付与された状態で支圧面上に定着されることで荷重を支圧面に付与するための緊張部材に係る。この緊張部材は、中空体と、中空体の内部に収納されて歪センサとして用いられる光ファイバと、中空体と光ファイバとの間に充填されて中空体内での光ファイバの位置を保持する充填剤と、中空体の外周を取り囲むように配置され、前記緊張力を負担する複数の緊張素線とを備えることを特徴とする。
【０００８】
この構成によれば、緊張素線群で覆われるように配された中空体に歪センサとなる光ファイバを収納することで、緊張部材の使用時に光ファイバが損傷することを防止することができる。また、中空体と光ファイバとの間を充填剤で埋めることで、緊張部材に生じる歪を、順次、緊張素線、中空体、充填剤を介することで確実に伝達させることができる。
【０００９】
本発明緊張部材の一形態として、複数の緊張素線が中空体の外周に撚り合わされてなることが挙げられる。
【００１０】
複数の緊張素線が中空体の外周に撚り合わせることで、緊張部材を曲げやすくできる。また、この構成によれば、各緊張素線が中空体に対して斜めに沿った状態となるため、中空体の単位長さ当たりの素線との接触面積が大きくなり、定着個所で中空体が圧壊されにくい。
【００１１】
本発明緊張部材の一形態として、中空体をコルゲート管又は螺旋体とすることが挙げられる。
【００１２】
この構成によれば、中空体をコルゲート管又は螺旋体とすることで、可撓性に優れる緊張部材を構築できる。
【００１３】
本発明緊張部材の一形態として、中空体の外周に防食被覆を備えることが挙げられる。
【００１４】
この構成によれば、中空体自体に高い防食特性を持たせることができる。特に、中空体の内側は充填剤が充填されているため、中空体の外周に防食被覆を設ければ、中空体の内外共に防食構造とすることができる。
【００１５】
本発明緊張部材の一形態として、緊張素線群の外表面を一括して覆う防食被覆を備えることが挙げられる。
【００１６】
この構成によれば、緊張素線が一括して防食被覆で覆われているため、高い防食性を有する緊張部材を構成できる。また、防食被覆の形成も容易である。
【００１７】
本発明緊張部材の一形態として、個々の緊張素線の外周に防食被覆を備えることが挙げられる。
【００１８】
この構成によれば、個々の緊張素線が防食被覆を備えているため、各素線の全周が防食被覆で覆われ、高い防食性を有する緊張部材を構成できる。
【００１９】
本発明緊張部材の一形態として、充填剤がエポキシ樹脂であることが挙げられる。
【００２０】
エポキシ樹脂は、硬化前は流動性に富み、硬化後は十分な硬度を備える樹脂であるため、光ファイバを中空体内に保持し、かつ緊張部材に作用する歪を確実に光ファイバに伝達することに好適である。
【００２１】
一方、本発明の歪検知システムは、緊張力が付与された緊張部材と、この緊張部材の端部を支圧面に定着して荷重を支圧面に作用させるための定着具と、緊張部材に生じる歪を検知する歪センサと、歪センサの検知結果を出力する歪検知装置とを備える緊張部材の定着構造の歪検知システムである。この緊張部材は、中空体と、中空体の内部に収納されて歪センサとして用いられる光ファイバと、中空体と光ファイバとの間に充填されて中空体内での光ファイバの位置を保持する充填剤と、中空体の外周を取り囲むように配置され、前記緊張力を負担する複数の緊張素線とを備える。そして、歪検知装置は、光ファイバに接続されるＯＴＤＲ装置であることを特徴とする。
【００２２】
この構成によれば、緊張部材として、上述した本発明の緊張部材を用いることで、光ファイバの損傷を抑制し、かつ緊張部材に作用する歪を確実に光ファイバ伝達させることができる。そして、この光ファイバに伝達された歪をＯＴＤＲにより出力することで、光ファイバ沿いの歪分布を容易に監視することができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の緊張部材によれば、歪センサとなる光ファイバが損傷されにくい構造とできる。
【００２４】
また、本発明の緊張部材の定着構造の歪検知システムによれば、本発明の緊張部材を用いることで、光ファイバを歪センサとすることができ、緊張部材に沿った歪の分布を容易に監視することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
本発明の緊張部材は、緊張素線、中空体、光ファイバ、充填剤を構成要素として備える。以下、各構成要素をより詳しく説明し、さらに緊張部材を用いた定着構造と歪監視システムについても説明する。
【００２６】
＜緊張素線＞
緊張素線は、緊張部材に付与される緊張力を負担する。そのため、この緊張素線には、ＰＣ鋼撚り線を構成する素線が好適に利用される。緊張素線は、防食被覆のない裸素線であってもよいし、防食被覆を備えるものであってもよい。また、緊張素線の中空体への配置形態は、縦添えでも構わないが、螺旋状に巻回することが好ましい。緊張素線の具体的な組成、断面積、本数は、緊張部材に導入する緊張力に応じて適宜選択すればよい。
【００２７】
但し、緊張素線の本数については、中空体の外周をほぼ取り囲むことができる数とする。その際、中空体の外周を取り囲む緊張素線の配置は、緊張部材の横断面において、ほぼ均等に並ぶようにすることが好ましい。代表的には、緊張素線の本数は5本以上となる。
【００２８】
また、隣接する緊張素線間の隙間を合計で0.2mm以上とすることが好ましい。このような緊張素線間の隙間を確保することで、緊張部材を曲げたときに、中空体の外周に配置される各素線の間に素線の移動代を確保し、ストランドの可撓性を向上させることができる。特に、このような隙間を設けることで、緊張素線間に隙間がない場合に比べて、緊張部材の周囲にグラウトなどを充填する場合、このグラウトと緊張素線との付着力を高めることができる。隙間を介して緊張素線と中空体との間にもグラウトが充填されるため、グラウトと接触するストランドの表面積が増加するからである。
【００２９】
一方、緊張素線間隔が空きすぎる場合、中空体の外周を取り囲む素線の配置に偏りが生じ易い。素線が偏った状態では、中空体を外周から押圧する力に偏りが生じるため、定着具を構成するウェッジなどで緊張部材を把持したときに、緊張部材の中心に配置された中空体が潰れてしまう虞がある。その他、素線間隔が空きすぎると、特に、緊張部材を屈曲した場合など、素線の間から中空体が飛び出してしまうなどの不具合が生じる場合がある。そのため、素線の間から中空体が飛び出さないように、素線間隔の合計は、中空体の外径、特に緊張素線の外径より小さくすることが望ましい。
【００３０】
＜中空体＞
中空体は、光ファイバを収納し、その光ファイバを外力から保護する機能を有する。本発明の緊張部材は、支圧面に定着具で定着される。そのため、定着に伴って緊張素線が外周から圧縮された場合でも、中空体が圧壊されないような材質、厚みなどを選択すればよい。中空体の材質として鋼などの金属が好適であるが、強度上の支障がなければ樹脂製の中空体でも構わない。
【００３１】
この中空体の形状は、パイプ材や螺旋体が挙げられる。パイプ材の場合、ストレート管でもよいが、緊張部材の可撓性を考慮した場合、コルゲート管が好ましい。また、螺旋体の場合も優れた可撓性を有する。螺旋体を形成する線条体は、断面形状が円形などの線材でもよいし、断面形状が扁平な帯状材でもよい。線材を用いた螺旋体の代表例としてはばね材が挙げられ、帯状体を用いた中空体の代表例としてはスパイラル鋼帯が挙げられる。螺旋体の隣接するターン同士が密着していれば、機械的強度の高い螺旋体とできるため光ファイバの保護性に優れる。逆に、隣接するターン間に隙間があれば、充填剤を中空体内に充填した際、隙間から充填剤が外部に漏出し、緊張素線と中空体との隙間にも充填剤を充填することができる。特に、この中空体は、緊張素線と組み合わせた際に、緊張部材の曲げ直径が、緊張素線の包絡円径（中空体を取り囲む複数の素線の外接円）の12倍で曲げることができる可撓性を得られることが好ましい。このような曲げ特性を有する緊張部材であれば、実際の現場において非常に扱い易い。この中空体も防食被覆のない裸中空体であっても良いし、外周に防食被覆を備えたものであっても良い。防食被膜は、エポキシなどの樹脂被膜や、クロムめっきなどの耐食性金属被膜が挙げられる。
【００３２】
＜光ファイバ＞
光ファイバは、緊張部材に作用する歪を検知するセンサとして利用される。より具体的には、ＯＴＤＲ装置などの歪検知装置に接続されて利用される。このＯＴＤＲ装置に利用できれば、特に種類、構成、材質は問わない。
【００３３】
一般に、ＯＴＤＲ装置に接続して利用する光ファイバには、シングルモード光ファイバが利用される。もちろん、マルチモード光ファイバであっても、歪センサとして利用できるものであれば良い。
【００３４】
また、光ファイバの材質は、石英などのガラスファイバでもよいし、完全フッ素化ポリマー、ポリメタクリル酸メチル、ポリカーボネートなどのプラスチックファイバであっても良い。
【００３５】
さらに、この光ファイバは、光ファイバ心線、光ファイバコードのいずれの構成であっても利用できる。光ファイバ心線は、一般に光ファイバのクラッドの上に被覆層を有する構造である。クラッドと被覆層の間に緩衝層を介在させる場合もある。必要に応じて、複数心が並列状態で被覆された多心テープ心線でもよい。光ファイバの本数が複数あれば、万一、いずれかの光ファイバが損傷した場合の予備として利用できる。さらに、光ファイバコードは、光ファイバ心線の上にアラミドなどの高抗張力繊維を縦添えし、さらにその上にＰＶＣなどのシースを形成した構造である。光ファイバコードであれば、より一層損傷に対して強い構造とできる。
【００３６】
また、この光ファイバは、極力中空体と同軸上に保持することが好ましい。光ファイバをほぼ中空体に沿った配置形態とすることで、らせん状に巻回される光ファイバに比べて、より短い長さで歪の検知ができる。
【００３７】
＜充填剤＞
充填剤は、中空体への充填後に硬化し、硬化後には緊張部材に加わる歪が光ファイバに十分に伝えられる程度の硬度を有するものが好適である。より具体的には、樹脂材料、特にエポキシ樹脂（例えば２液混合型）が好適である。その他、現場で施工するグラウトを充填剤として利用することも考えられる。
【００３８】
この充填剤は、緊張部材をドラムに巻回して出荷する場合、この巻回前に硬化が完了していることが好ましい。ドラムへの巻回後に充填剤が硬化すると、緊張部材に巻き癖が付きやすくなるため、巻回前に充填剤を硬化させておくことで、巻き癖を緩和することができる。
【００３９】
＜緊張部材の製造方法＞
（緊張素線と中空体の複合）
上記の緊張部材は、緊張素線、中空体、光ファイバ、充填剤など構成部材の準備し、まず、素線と中空体の複合を行う。この複合の前後又は複合時に、必要に応じて、緊張素線と中空体の少なくとも一方への防食被覆の形成を伴う。防食被覆の形成は、公知の静電粉体塗装法などが好適に利用できる。具体的な複合の形態例としては、次のものが挙げられる。以下の形態例では、防食被覆のない緊張素線を裸素線、防食被覆のある緊張素線を被覆素線、防食被覆のない中空体を裸中空体、防食被覆のある中空体を被覆中空体という。
【００４０】
(１)裸素線を裸中空体上に撚り合わせ、防食被覆は形成しない。
この場合、緊張素線と中空体の双方が防食構造となっていないため、緊張部材の外側がグラウトなどで覆われる構造体に利用することが好ましい。
【００４１】
(２)被覆素線を裸中空体上に撚り合わせる。
この場合、各緊張素線が個々に防食構造となっており、素線の防食性に優れた構造とできる。
【００４２】
(３)裸素線を被覆中空体上に撚り合わせる。
この場合、中空体自体が、その内部は充填剤で、外部は防食被覆に保護され、防食性に優れた構成となる。
【００４３】
(４)被覆素線を被覆中空体上に撚り合わせる。
この場合、各緊張素線と中空体自体が個別に防食構造とされるため、緊張部材全体として、きわめて高い防食特性を有することができる。
【００４４】
(５)裸素線を裸中空体又は被覆中空体上に撚り合わせ、裸素線群の外周から一括して防食被覆を形成する。
この場合、緊張素線と中空体との間には防食被覆が形成されない可能性が高いが、緊張素線群の外表面には防食被覆が形成されるため、各素線の内側への環境水の浸入を阻止し、高い防食性を実現できる。
【００４５】
(６)裸素線を裸中空体で撚り合わせ、目板で裸素線を裸中空体から離間させて裸素線及び裸中空体に防食被覆を形成し、この防食被覆の樹脂が硬化する前に中空体からの離間していた素線を元の位置に復帰させる。
この場合、個々の素線が防食被覆で覆われると共に、中空体も防食被覆で覆われ、さらに素線の防食被覆と中空体の防食被覆が一体化した構造となる。そのため、各素線と中空体との間には隙間が形成されず、非常に高い防食性を実現できる。
【００４６】
（光ファイバの挿入）
緊張素線と中空体とを複合したら、この中空体の内部に光ファイバを挿入する。この挿入の具体例としては、引き込み、送り出し、気体による圧送などが考えられる。引き込みは、予め中空体の作製時などに、その内部にガイド材を挿入して中空体の両端部から露出させておき、このガイド材の一端に光ファイバを接続し、ガイド材の他端側を引っ張ることで、光ファイバを中空体内に挿入する。この方法は、中空体の形態に関らず容易で実用的な手法である。送り出しは、中空体の一端側から光ファイバを中空体の他端側に向けて繰り出しローラなどで送り出す。この方法は、中空体が比較的短尺の場合やストレートパイプの場合に有効であると思われる。気体による圧送は、中空体の一端にエア導入装置を接続し、このエアの流れを利用して光ファイバを中空体内に送り込む。この方法も、中空体が比較的短尺の場合やストレートパイプの場合に有効であると思われる。
【００４７】
いずれにおいても、光ファイバの中空体への挿入は、上述した防食被覆の形成後に行うことが好ましい。中空体に光ファイバを挿入してから防食被覆を形成すると、その防食被覆の形成時に中空体が加熱されことで、光ファイバ心線や光ファイバコードの被覆又は光ファイバがプラスチックファイバの場合は光ファイバ自体が熱的損傷を受ける虞があるからである。
【００４８】
（充填剤の充填）
光ファイバを中空体内に挿入したら、中空体と光ファイバの間に充填剤を充填する。この場合、光ファイバに張力を付与して、できるだけ中空体と同軸となるようにしてから充填することが好ましい。これにより、光ファイバを中空体の内面からほぼ等しい位置に保持することができ、光ファイバへの歪の伝達の不均一を抑制することができる。光ファイバの中空体への挿入方法として引き込みを利用する場合、この引き込みに伴って必然的に光ファイバに張力が付与されるため、そのまま引き続いて充填剤の充填を行いやすい。充填剤が中空体内に充填されたら、この充填剤を硬化させ、光ファイバを中空体内に保持させる。
【００４９】
（その他）
緊張部材をアンカーなどに用いる場合、光ファイバの一端側は地中内に埋設される。その場合、光ファイバの埋設側端部を中空体の端部から露出しないようにしたり、中空体の端部から光ファイバを露出させることが考えられる。いずれの場合も、適宜なキャップを緊張部材の端部に被せるなどして光ファイバの埋設側端部の保護を図ることが好ましい。
【００５０】
＜緊張部材の定着構造＞
緊張部材の定着構造は、通常、緊張部材の一端側が緊張側、他端側が固定側となる。具体的な定着構造は、緊張部材を利用する対象に応じて幾つかの構成が選択できる。例えば、アンカー構造では、緊張側が緊張部材の自由長部の端部となり、固定側が定着長部となる。また、橋桁に用いられる外ケーブルでは、一端が緊張側定着構造、他端側が固定側定着構造となる。
【００５１】
緊張部材を定着するには、緊張部材を把持する把持部材と、この把持部材を支圧する支圧部材が利用できる。把持部材として、複数の分割片を組み合わせることで円錐台状に形成されて緊張部材を把持するウェッジを用いる場合、このウェッジが嵌め込まれる円錐孔を有するアンカーディスクを支圧部材として利用する。把持部材として緊張部材の端部に圧着される圧着スリーブを用いる場合、緊張部材は貫通するが、圧着スリーブは挿通しない内径の透孔を有するアンカーディスクを支圧部材として用いる。圧着スリーブは、その外周に雄ねじが形成され、その雄ねじにナットを螺合してアンカーディスクに緊張部材を定着する。
【００５２】
＜歪検知システム＞
本発明緊張部材を用いて歪監視を行うには、定着構造を構成する緊張部材の光ファイバに歪検知装置を接続する。歪検知装置としては、ＯＴＤＲ装置が好適に利用できる。ＯＴＤＲ装置は、光ファイバの一端から光パルスを入射し、光ファイバの途中から戻ってくる後方散乱光のうち、ブリルアン散乱光の発生波長を測定するものである。緊張部材自身や、地中内など、緊張部材の周辺に変動が起こった場合、緊張部材内の光ファイバに応力が加わり、その応力に応じたブリルアン散乱光が発生する。そのため、ＯＴＤＲ装置により光ファイバ沿いのブリルアン散乱光の発生波長を監視すれば、緊張部材自身或いは緊張部材の周辺環境に変動があったことを検知できる。また、光パルスを入射してから後方散乱光が戻ってくるまでの時間を測定して、歪み発生点までの距離を計測することができる。
【００５３】
なお、光ファイバを歪検知装置の代わりにＤＴＳ（Distributed Temperature Sensor System）装置に接続すれば光ファイバ沿いの温度分布を監視することもできる。ＤＴＳは、光ファイバの端部から光パルスを入射し、光ファイバの途中から戻ってくるラマン散乱光の強度を測定するものである。ラマン散乱光の強度は、温度と相関関係があるため、これにより光ファイバ沿いの温度分布を測定することができる。また、光パルスを入射してからラマン散乱光が戻ってくるまでの時間を計測することで温度変化点の位置を特定することができる。
【００５４】
＜適用分野＞
本発明の緊張部材は、種々の分野に適用することが期待される。具体的には、橋梁における緊張部材、例えば、斜張橋の斜材、外ケーブル工法の橋桁（エクストラドーズド橋も含む）にプレストレスを与える外ケーブル又は内ケーブル工法の橋桁にプレストレスを与える内ケーブル、グランドアンカーなどの各種アンカー、ダムの堤体の補強用緊張材などが挙げられる。
【実施例１】
【００５５】
本例では、本発明の緊張部材を使用してＰＣ構造物を形成する例を図１〜３に基づいて説明する。
【００５６】
［緊張部材］
図１(A)は、本例の緊張部材を示す部分断面斜視図を、(B)は(A)のA−A断面図を示す。緊張部材1は、図１(B)に示すように、横断面においてコルゲート管（中空体）11を取り囲むように緊張素線12が配置された構造である。より具体的には、本例の緊張部材1は、コルゲート管11と、コルゲート管11の外周に撚り合された9本の素線12とを有する。もちろん、素線の数は、9本に限定されず、例えば、5、7本の素線をコルゲート管の外周に撚り合わせた緊張部材としても良い。素線本数が9本の場合、各素線間の合計間隔は、約2mmとする。
【００５７】
コルゲート管11は、Crメッキを施した無研磨溶接用鋼材（キャンエクセル：登録商標）で構成する。このような材料で構成したコルゲート管11は、可撓性に優れ、しかも、曲げたときに拉げて、緊張部材1の強度が低下することがない。また、コルゲート管11の波付き構造は、管11の外周側からの圧力に強く、緊張部材１をウェッジで把持した場合でも拉げ難い。
【００５８】
緊張素線12は、鋼種：SWRS82B（JIS G 3502）で構成する。もちろん、素線12の材料は、前記の鋼種に限定されるわけではなく、Si高含有材料（Si含有量が0.32質量％超）やなども好適に利用可能である。これらの素線は、強度に優れると共に、適度な可撓性を有する。
【００５９】
コルゲート管11と緊張素線12の特性を表１に示す。表１におけるコルゲート管の外径は、波付き形状の山部の外径であり、コルゲート管11の内径は、波付き形状の谷部の内径である。
【００６０】
【表１】
【００６１】
上述したコルゲート管11と素線12とを使用した本例の緊張部材1の製造は、以下のように行なう。
【００６２】
まず、コルゲート管11を中心にして、コルゲート管11に素線12を巻き付ける。具体的には、撚り線機に素線12とコルゲート管11をセットし、撚り合せる。
【００６３】
次に、撚り上がった緊張部材1に、この緊張部材1の破断荷重（材料から予想される破断荷重）の10〜40％の張力を掛けて、約400℃で約30秒間ブルーイング処理を行なう。ブルーイング処理を行なうことで、緊張部材1の靭性を向上させ、曲げ特性を向上させることができる。ブルーイングの好ましい条件は、300〜450℃、10〜90秒である。
【００６４】
次に、コルゲート管11内に光ファイバ心線30を挿入する。ここでは、予めコルゲート管11内に挿入しておいたガイド材（図示略）の両端をコルゲート管11の端部から露出させておき、そのガイド材の一端に光ファイバ心線30を接続し、ガイド材の他端を引っ張って光ファイバ心線30をコルゲート管11内に引き込む。引き込まれる光ファイバ心線30は単心のシングルモードプラスチックファイバである。
【００６５】
コルゲート管11の全長に光ファイバ心線30を挿入できたら、光ファイバ心線30に緊張力を付与した状態でコルゲート管11と光ファイバ心線30との間に充填剤40を充填する。このとき、光ファイバ心線30ができるだけコルゲート管11と同軸状になるようにする。充填剤40には、２液混合型のエポキシ樹脂を用いた。コルゲート管11の一端側からエポキシ樹脂を充填し、他端側からエポキシ樹脂の露出が確認できたら、この樹脂の充填をやめ、樹脂を硬化させる。緊張部材1をリールに巻き取って出荷を行う場合、エポキシ樹脂の硬化後にリールへの巻取りを行う。
【００６６】
以上のようにして作製した緊張部材の主要部の寸法及び機械的特性を表２に示す。表２における緊張部材の直径は、素線12の包絡円の直径である。
【００６７】
【表２】
【００６８】
［ＰＣ構造物の形成手順］
以上説明したような緊張部材1を使用してＰＣ構造物を形成する。図２は、ポストテンションでＰＣ構造物を形成する方法を示す工程説明図である。ＰＣ構造物を形成するためには、まず初めに、型枠20を設置し（同図の（A）を参照）、次いで、型枠20の緊張部材1を配置する部分にあらかじめアンカープレートP1,P2をはめ込んでおくと共に、型枠20内に埋設管BPを配置しておく（同図の（B）を参照）。図示していないが、アンカープレートP2には、埋設管BPの途中に連通するグラウト注入口が、アンカープレートP1には、埋設管BPの途中に連通するグラウト注入口が形成されている。
【００６９】
次に、型枠20内にコンクリートを打設して、コンクリートが硬化した後、型枠20をはずすと共に、埋設管BP内に緊張部材を挿入して、ジャッキで緊張する（図２（C）を参照）。この緊張に伴う緊張素線12の伸びよりも、光ファイバ心線30の許容限界伸びの方が十分大きいため、この緊張により光ファイバ心線30が破断することはない。緊張部材1の緊張の際は、まず、コンクリートブロックCBの一端側（紙面右側）で固定側定着具により緊張部材1を固定し、次いで、他端側(紙面左側)で緊張部材1を緊張し、緊張側定着具により緊張部材1を定着する。
【００７０】
より詳しくは、固定側定着具AD1と緊張側定着具AD2は、図３に示すように構成される。すなわち、緊張部材1は、緊張部材１を把持するウェッジW1、ウェッジW1が嵌め込まれる円錐孔を有するアンカーディスクD1、このディスクD1とコンクリートブロックCBの表面との間に介在されるアンカープレートP1を備える固定側定着具AD1と、同様のウェッジW2、アンカーディスクD2、アンカープレートP2を備える緊張側定着具AD2とで定着されている。
【００７１】
緊張部材1を緊張することで緊張部材1が伸び、伸びた緊張部材1が元に戻ろうとする力（緊張力）が生じる。そして、緊張部材1を定着することで、緊張部材1の緊張力が、コンクリートブロックCBの表面（支圧面）に荷重として伝達されて、ＰＣ構造物が形成される。
【００７２】
緊張部材1の緊張と定着が終了したら、グラウト注入口から埋設管BP内にグラウトを注入し、グラウト排出口からグラウトがもれ出ることを確認してグラウトの充填作業を終える。これにより、埋設管BP内をグラウトで満たす。
【００７３】
以上のように、埋設管BPに充填したグラウトが硬化したら、緊張側定着具から露出する光ファイバ心線30に図示しないＯＴＤＲ装置を接続する。ＰＣ構造物のコンクリートにおけるクラックの発生や、緊張部材自体の劣化・損傷が生じた場合、緊張部材1に歪が生じ、この歪はコルゲート管11、充填剤40を介して光ファイバ心線30に伝達される。その結果、光ファイバ心線の局部に歪の増加する個所が生じたりするため、その歪をＯＴＤＲ装置で監視すれば、ＰＣ構造物或いは緊張部材に生じた変化を検知することができる。
【００７４】
本例の構成によれば、光ファイバ心線30はコルゲート管11に収納され、ほぼ緊張部材1の中心部に位置するため、緊張部材1を製造してから保管・運搬・施工時に損傷を受ける可能性を可及的に低減できる。また、コルゲート管11と光ファイバ心線30との間に充填剤40を充填することで、緊張部材1に生じた歪を確実に光ファイバ心線30に伝達することができる。
【００７５】
＜変形例＞
実施例１では、緊張素線もコルゲート管も防食被覆のない構成としたが、これらの少なくとも一方にエポキシ樹脂などの防食被覆を形成しても良い。それにより、一層防食特性に優れた定着構造を実現できる。
【実施例２】
【００７６】
次に、本例では、図１の緊張部材の外周にさらにシースを設けた緊張部材を使用して形成したグランドアンカーを図４及び図５に基づいて説明する。なお、本例の緊張部材は、緊張素線群の外周にシースを有する点が、実施例１の緊張部材との主たる相違点であるため、同様の構成については実施例１と同一の符号を付して、その説明を省略する。
【００７７】
図４に示すように、この緊張部材2は、緊張素線12の外側にシース13を有する。このシース13には、ポリエチレンなどのプラスチック製の管が利用できる。もちろん、シース13は金属製であっても良い。また、シース13は、より可撓性に優れるコルゲート状としても良い。
【００７８】
この緊張部材のコルゲート管11内には、単心の光ファイバ心線30が直線状に収納されている（図５参照）。つまり、光ファイバ心線30は、コルゲート管11の一端側（自由長部側）から導入されて、他端側（定着長部側）で緊張部材の端部から露出されている。そして、この露出端部分は、適宜なキャップ50などで覆って保護している。キャップ50の内部にも充填剤を充填しておくことが好ましい。
【００７９】
このような緊張部材は、削孔Hを形成した地山Gにグラウンドアンカー（緊張部材2）として配置され、地山Gを覆うコンクリート（支圧面）Cに緊張力を付与することに利用される。
【００８０】
緊張部材2を図５の配置状態にするには、まず初めに、緊張部材2の一端側でシース13を所定の長さだけ剥がして、その部分で素線12がむき出しになるようにする。この素線12の露出される領域が定着長部となり、シース13の残存する領域が自由長部となる。自由長部と定着長部の境界におけるシース13の端部には、シース13と素線12との隙間を封止する止水部14を形成する。
【００８１】
次に、アンカーディスクD3とアンカープレートP3の緊張部材挿通孔に緊張部材2を挿通させた状態で、両者D3,P3を地山Gに仮固定し、削孔Hを封止する。このアンカーディスクD3とアンカープレートP3には、削孔H内に連通するグラウト注入口と同じく削孔H内に連通するグラウト排出口が設けられている。アンカーディスクD3とアンカープレートP3にグラウト注入口や排出口を設けずに、地山Gから削孔Hに通じる連通管を別途設けても良い。
【００８２】
緊張部材2とアンカーディスクD3、アンカープレートP3の配置が終了したら、グラウト注入口から削孔H内にグラウトを注入する。注入されたグラウトは、削孔H内を満たしてゆく。このグラウトの注入は、削孔H内に満たされたグラウトがグラウト排出口を通じて排出されることをもって終了する。
【００８３】
削孔Hへのグラウトの充填から所定時間経過後、グラウトが硬化する。そのとき、緊張部材2の定着長部のみが削孔H内に固着される。
【００８４】
次に、アンカーディスクD3から突出する緊張部材2をジャッキで緊張し、ウェッジW3でアンカーディスクD3に定着する。
【００８５】
緊張部材2の定着を終えたら、緊張部材の自由長側端部から露出する光ファイバ心線30にＯＴＤＲ装置60を接続する。その後は、実施例１と同様に歪の監視を行えばよい。
【００８６】
上述のように、本発明の緊張部材は、地山にプレストレスを付与するグランドアンカーとしても好適に利用可能である。
【００８７】
なお、本発明は、上述した実施例に限定されることなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更することができる。例えば、緊張素線が防食被覆を有する場合、その被覆の構成樹脂が硬化する前に、珪砂などの固体粒子を付着させて、緊張部材のグラウトなどとの付着力を高めるようにしても良い。
【産業上の利用可能性】
【００８８】
本発明の緊張部材は、コンクリート構造物や地盤などの支圧面に荷重を付与することに好適に利用可能である。また、本発明の歪検知システムは、緊張部材の定着構造における緊張部材自身又は緊張部材の周囲の変動に伴う歪を監視することに利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
【図１】(A)は、本発明の緊張部材の部分断面斜視図であり、(B)は、(A)のA−A断面図である。
【図２】実施例１に記載のプレストレスト工法の手順を示す工程説明図である。（A）は型枠の配置状態を、（B）はアンカープレートと埋設管の配置状態を、（C）は本発明緊張部材の配置状態を、（D）はグラウトの注入状態を、（E）は工法の終了状態を示す。
【図３】実施例１の緊張部材を定着する定着構造の部分断面図である。
【図４】実施例２に係る本発明の緊張部材の横断面図である。
【図５】外周にシースを有する本発明緊張部材を使用した実施例２に係るグランドアンカーの概略構成図である。
【符号の説明】
【００９０】
1,2 緊張部材 11 コルゲート管 12 緊張素線 30 光ファイバ心線
40 充填剤 50 キャップ 60 ＯＴＤＲ装置
13 シース 14 止水部 20 型枠
CB コンクリートブロック BP 埋設管
G 地山 C コンクリート H 削孔
AD1 固定側定着具 AD2 緊張側定着具
P1,P2,P3 アンカープレート D1,D2,D3 アンカーディスク
W1,W2,W3 ウェッジ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
緊張力が付与された状態で支圧面上に定着されることで荷重を支圧面に付与するための緊張部材であって、
中空体と、
中空体の内部に収納されて歪センサとして用いられる光ファイバと、
中空体と光ファイバとの間に充填されて中空体内での光ファイバの位置を保持する充填剤と、
中空体の外周を取り囲むように配置され、前記緊張力を負担する複数の緊張素線とを備えることを特徴とする緊張部材。
【請求項２】
前記複数の緊張素線が中空体の外周に撚り合わされてなることを特徴とする請求項１に記載の緊張部材。
【請求項３】
前記中空体が、コルゲート管又は螺旋体であることを特徴とする請求項１又は２に記載の緊張部材。
【請求項４】
前記中空体の外周に防食被覆を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の緊張部材。
【請求項５】
前記緊張素線群の外表面を一括して覆う防食被覆を備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の緊張部材。
【請求項６】
個々の緊張素線の外周に防食被覆を備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の緊張部材。
【請求項７】
前記充填剤がエポキシ樹脂であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の緊張部材。
【請求項８】
緊張力が付与された緊張部材と、この緊張部材の端部を支圧面に定着して荷重を支圧面に作用させるための定着具と、緊張部材に生じる歪を検知する歪センサと、歪センサの検知結果を出力する歪検知装置とを備える緊張部材の定着構造の歪検知システムであって、
前記緊張部材は、
中空体と、
中空体の内部に収納されて歪センサとして用いられる光ファイバと、
中空体と光ファイバとの間に充填されて中空体内での光ファイバの位置を保持する充填剤と、
中空体の外周を取り囲むように配置され、前記緊張力を負担する複数の緊張素線とを備え、
前記歪検知装置は、光ファイバに接続されるＯＴＤＲ装置であることを特徴とする緊張部材の定着構造の歪検知システム。
【請求項１】
緊張力が付与された状態で支圧面上に定着されることで荷重を支圧面に付与するための緊張部材であって、
中空体と、
中空体の内部に収納されて歪センサとして用いられる光ファイバと、
中空体と光ファイバとの間に充填されて中空体内での光ファイバの位置を保持する充填剤と、
中空体の外周を取り囲むように配置され、前記緊張力を負担する複数の緊張素線とを備えることを特徴とする緊張部材。
【請求項２】
前記複数の緊張素線が中空体の外周に撚り合わされてなることを特徴とする請求項１に記載の緊張部材。
【請求項３】
前記中空体が、コルゲート管又は螺旋体であることを特徴とする請求項１又は２に記載の緊張部材。
【請求項４】
前記中空体の外周に防食被覆を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の緊張部材。
【請求項５】
前記緊張素線群の外表面を一括して覆う防食被覆を備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の緊張部材。
【請求項６】
個々の緊張素線の外周に防食被覆を備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の緊張部材。
【請求項７】
前記充填剤がエポキシ樹脂であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の緊張部材。
【請求項８】
緊張力が付与された緊張部材と、この緊張部材の端部を支圧面に定着して荷重を支圧面に作用させるための定着具と、緊張部材に生じる歪を検知する歪センサと、歪センサの検知結果を出力する歪検知装置とを備える緊張部材の定着構造の歪検知システムであって、
前記緊張部材は、
中空体と、
中空体の内部に収納されて歪センサとして用いられる光ファイバと、
中空体と光ファイバとの間に充填されて中空体内での光ファイバの位置を保持する充填剤と、
中空体の外周を取り囲むように配置され、前記緊張力を負担する複数の緊張素線とを備え、
前記歪検知装置は、光ファイバに接続されるＯＴＤＲ装置であることを特徴とする緊張部材の定着構造の歪検知システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１０−１３３８７１（Ｐ２０１０−１３３８７１Ａ）
【公開日】平成２２年６月１７日（２０１０．６．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３１１４７４（Ｐ２００８−３１１４７４）
【出願日】平成２０年１２月５日（２００８．１２．５）
【出願人】（３０２０６１６１３）住友電工スチールワイヤー株式会社 (163)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年６月１７日（２０１０．６．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１２月５日（２００８．１２．５）
【出願人】（３０２０６１６１３）住友電工スチールワイヤー株式会社 (163)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]